一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，所述方法包括如下：第一步，礦漿泵的設(shè)計揚程分析，根據(jù)流體的動量方程、連續(xù)方程和能量方程得固液兩相流的伯努利方程；第二步：礦漿泵的設(shè)計流量分析，根據(jù)大洋多金屬結(jié)核中試采礦系統(tǒng)的技術(shù)指標中給定的濕結(jié)核礦石開采量，推算出揚礦硬管內(nèi)礦石的體積流量；第三步：礦漿泵的幾何參數(shù)計算，對葉輪及空間導(dǎo)葉的幾何參數(shù)進行計算；第四步：礦漿泵設(shè)計參數(shù)的計算結(jié)果與分析。本發(fā)明專利技術(shù)的深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，適當(dāng)增大葉片進口角可改善礦漿泵的抗氣蝕性能；通過試驗驗證了數(shù)值分析方法用于預(yù)測礦漿泵的工作性能的準確性。

Design method of slurry pump for deep sea mining

The invention discloses a design method of a deep-sea mining slurry pump, the method includes the following: first, analysis and design of slurry pump head, according to the momentum equation, fluid continuity equation and the energy equation of the Bernoulli equation of solid-liquid two-phase flow; the second step: analysis of the design flow of slurry pump, according to the given specifications the mining system in wet nodule ore mining amount in polymetallic nodules, calculate the volume flow of lifting pipe ore; the third step: the calculation of geometric parameters of slurry pump, the geometric parameters of the impeller and the guide vane in calculation; the fourth step: the calculation and analysis results of design parameters of slurry pump. The design method of the deep-sea mining slurry pump of the invention, anti cavitation performance increasing the blade inlet angle can improve the slurry pump; through the experiment to verify the numerical analysis method for the accuracy of the prediction performance of slurry pump.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法
本專利技術(shù)涉及一種采礦礦漿泵的設(shè)計方法，具體涉及一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，屬于深海采礦

技術(shù)介紹
海洋占整個地球面積的71%，約3.6億平方公里。調(diào)查結(jié)果表明，陸地上的許多金屬和非金屬礦在海洋中都已發(fā)現(xiàn)，而且有些礦藏的儲量巨大。海底礦產(chǎn)資源主要分為海水中溶解的礦物、海底表層礦床和海底基巖礦床；海水中溶解的礦物，世界海洋中約有13.7億立方公里海水，其中含有80多種元素，目前人們較為熟悉的有60多種；海底表層礦床，海底表層礦床大都呈散粒狀或結(jié)核狀，存在于海底各類松散沉積層中，可以用采礦船進行開采，這種礦床根據(jù)所處位置又分為大陸架資源、大陸坡大陸裙底資源和深海底資源三種；在大陸架上的海底表層礦床中，非金屬礦物如貝殼或砂礫的數(shù)量占礦床總體積的50%以上，重礦物如鈦鐵礦和錫石數(shù)量僅占礦床總體積的10%以下，稀有和貴重金屬如金剛石或金只占礦床體積的百萬分之幾，在深度范圍為200～3500m的大陸斜坡上有兩種重要的自生礦物資源，呈砂粒狀、結(jié)殼狀或結(jié)核狀的磷鈣土以及呈軟泥狀或塊狀的熱液礦床，在3500～6000m的深海，最重要的礦物資源是遍布各處的錳結(jié)核，在洋底呈不連續(xù)分布，有的密集，有的稀疏，北太平洋被認為是密集區(qū)，其它深海的軟泥中含有不同數(shù)量的二氧化硅、碳酸鈣、銅和鋅；海底基巖礦床，海底基巖礦包括非固態(tài)的石油、天然氣和固態(tài)的硫磺、巖鹽、鉀鹽、煤、鐵、銅、鎳、錫和重晶石等，海底石油和天然氣分布范圍最廣，石油可采儲量估計為1350億噸，海底煤礦分布廣儲量豐富；海洋采礦是從海水、海底表層沉積物和海底基巖下獲取有用礦物的過程，海洋采礦一般分為三個方面：一是海水化學(xué)元素中含有大量的有用金屬和非金屬元素，如鈉、鎂、銅、金、鈾和重水等，可以從海水中提取食鹽、鎂、溴、鉀、碘和重水等多種有用元素；二是海底表層礦床開采，即海底基巖以上的沉積礦層或砂礦床；目前已經(jīng)進行開采的有海濱砂礦、砂、礫石和貝殼等；三是海底基巖礦開采，指那些存在于海底巖層中和基巖中的礦產(chǎn)；目前已經(jīng)開采的有海洋石油和天然氣，海底煤、鐵、硫、巖鹽和鉀鹽等。
技術(shù)實現(xiàn)思路
（一）要解決的技術(shù)問題為解決上述問題，本專利技術(shù)提出了一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，適當(dāng)增大葉片進口角可改善礦漿泵的抗氣蝕性能；通過試驗驗證了數(shù)值分析方法用于預(yù)測礦漿泵的工作性能的準確性。（二）技術(shù)方案本專利技術(shù)的深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，所述方法具體如下：第一步，礦漿泵的設(shè)計揚程分析，根據(jù)流體的動量方程、連續(xù)方程和能量方程得固液兩相流的伯努利方程；第二步：礦漿泵的設(shè)計流量分析，根據(jù)大洋多金屬結(jié)核中試采礦系統(tǒng)的技術(shù)指標中給定的濕結(jié)核礦石開采量，推算出揚礦硬管內(nèi)礦石的體積流量；第三步：礦漿泵的幾何參數(shù)計算，對葉輪及空間導(dǎo)葉的幾何參數(shù)進行計算；第四步：礦漿泵設(shè)計參數(shù)的計算結(jié)果與分析。（三）有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，將多金屬結(jié)核從1000m和6000m海底提升至海面，礦石體積分數(shù)為10%時，所需泵揚程為130.05m和735.17m，所需礦漿泵的級數(shù)較多，帶來礦漿泵制造上的困難；礦石體積分數(shù)為5%時，所需泵揚程為78.04m和440.63m，礦石開采效率較低，采礦成本升高；因此，輸送礦石體積分數(shù)控制在8%時較為合理；葉輪葉片數(shù)為4~5，葉片太少，難以達到系統(tǒng)所需泵的揚程；葉片太多，泵水力效率過低，適當(dāng)增大葉片進口角可改善礦漿泵的抗氣蝕性能；通過試驗驗證了數(shù)值分析方法用于預(yù)測礦漿泵的工作性能的準確性。具體實施方式一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，所述方法具體如下：第一步，礦漿泵的設(shè)計揚程分析，根據(jù)流體的動量方程、連續(xù)方程和能量方程得固液兩相流的伯努利方程；第二步：礦漿泵的設(shè)計流量分析，根據(jù)大洋多金屬結(jié)核中試采礦系統(tǒng)的技術(shù)指標中給定的濕結(jié)核礦石開采量，推算出揚礦硬管內(nèi)礦石的體積流量；第三步：礦漿泵的幾何參數(shù)計算，對葉輪及空間導(dǎo)葉的幾何參數(shù)進行計算；第四步：礦漿泵設(shè)計參數(shù)的計算結(jié)果與分析。本專利技術(shù)的深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，根據(jù)深海中試采礦系統(tǒng)的工作特點以及礦漿泵的特殊使用環(huán)境，礦漿泵必須具備高揚程、低流量和通過大顆粒的能力，為此礦漿泵采用極大流量水力設(shè)計法設(shè)計，以擴大葉輪流道寬度，并使其在低流量下工作。將多金屬結(jié)核從1000m和6000m海底提升至海面，礦石體積分數(shù)為10%時，所需泵揚程為130.05m和735.17m，所需礦漿泵的級數(shù)較多，帶來礦漿泵制造上的困難；礦石體積分數(shù)為5%時，所需泵揚程為78.04m和440.63m，礦石開采效率較低，采礦成本升高；因此，輸送礦石體積分數(shù)控制在8%時較為合理；葉輪葉片數(shù)為4~5，葉片太少，難以達到系統(tǒng)所需泵的揚程；葉片太多，泵水力效率過低，適當(dāng)增大葉片進口角可改善礦漿泵的抗氣蝕性能；通過試驗驗證了數(shù)值分析方法用于預(yù)測礦漿泵的工作性能的準確性。上面所述的實施例僅僅是對本專利技術(shù)的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本專利技術(shù)的構(gòu)思和范圍進行限定。在不脫離本專利技術(shù)設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本專利技術(shù)的技術(shù)方案做出的各種變型和改進，均應(yīng)落入到本專利技術(shù)的保護范圍，本專利技術(shù)請求保護的
技術(shù)實現(xiàn)思路
，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，其特征在于：所述方法包括如下：第一步，礦漿泵的設(shè)計揚程分析，根據(jù)流體的動量方程、連續(xù)方程和能量方程得固液兩相流的伯努利方程；第二步：礦漿泵的設(shè)計流量分析，根據(jù)大洋多金屬結(jié)核中試采礦系統(tǒng)的技術(shù)指標中給定的濕結(jié)核礦石開采量，推算出揚礦硬管內(nèi)礦石的體積流量；第三步：礦漿泵的幾何參數(shù)計算，對葉輪及空間導(dǎo)葉的幾何參數(shù)進行計算；第四步：礦漿泵設(shè)計參數(shù)的計算結(jié)果與分析。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種深海采礦礦漿泵的設(shè)計方法，其特征在于：所述方法包括如下：第一步，礦漿泵的設(shè)計揚程分析，根據(jù)流體的動量方程、連續(xù)方程和能量方程得固液兩相流的伯努利方程；第二步：礦漿泵的設(shè)計流量分析，根據(jù)大洋...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：不公告發(fā)明人，
申請(專利權(quán))人：哈爾濱市永恒鑫科技開發(fā)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江,23